A
PLICAÇÃO DO ENSAIO DE PORTA
VENTILADORA À AVALIAÇÃO DA
ESTANQUIDADE AO AR DE EDIFÍCIOS DE
HABITAÇÃO
A
LEXANDREM
IGUELC
OUTINHOM
ACHADODissertação submetida para satisfação parcial dos requisitos do grau de MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL —ESPECIALIZAÇÃO EM CONSTRUÇÕES
Orientador: Professor Doutor Nuno Manuel Monteiro Ramos
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Tel. +351-22-508 1901
Fax +351-22-508 1446
Editado por
FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Rua Dr. Roberto Frias
4200-465 PORTO Portugal Tel. +351-22-508 1400 Fax +351-22-508 1440 [email protected] http://www.fe.up.pt
Reproduções parciais deste documento serão autorizadas na condição que seja mencionado o Autor e feita referência a Mestrado Integrado em Engenharia Civil - 2012/2013 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2013.
As opiniões e informações incluídas neste documento representam unicamente o ponto de vista do respetivo Autor, não podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em relação a erros ou omissões que possam existir.
Este documento foi produzido a partir de versão eletrónica fornecida pelo respetivo Autor.
AGRADECIMENTOS
O trabalho desenvolvido nos últimos meses teve o imprescindível apoio, colaboração e orientação das seguintes pessoas, sem as quais este não teria o mesmo desenvolvimento.
Ao Professor Doutor Nuno Manuel Monteiro Ramos, orientador desta tese, pela orientação e conhecimentos transmitidos e constante apoio e disponibilidade durante todo este período.
Ao Engenheiro Fernando Pedro Pereira, pela ajuda na realização dos ensaios, conselhos e discussão de assuntos que permitiram aprofundar o conhecimento sobre o tema.
Ao Engenheiro António Curado, que tornou possível que a realização dos ensaios corressem da melhor forma possível, devido à sua boa relação com os moradores do Bairro do Lordelo e por fornecer valiosas informações sobre o mesmo.
Ao Laboratório de Física das Construções por disponibilizar o equipamento da porta ventiladora para que fosse possível realizar os ensaios.
Aos meus amigos, pais, irmãos e avó por toda a ajuda, apoio e motivação constantes ao longo da minha vida.
RESUMO
O nível de estanquidade ao ar de uma fachada está diretamente relacionado com a qualidade do ar interior, conforto e energia. Estes fatores associados às mudanças nos modos de vida das pessoas levaram à crescente preocupação com este tema.
A evolução dos sistemas de ventilação, materiais e processos construtivos têm contribuído para a crescente estanquidade ao ar dos edifícios.
O ensaio de pressurização/despressurização com porta ventiladora permite avaliar este nível de estanquidade dos componentes da envolvente de uma habitação.
A norma utilizada para a realização dos ensaios foi a EN 13829:2001, sendo um dos requisitos de ensaio a obtenção dos valores das renovações horárias a 50 Pa (RPH50).
O objetivo principal é fazer um estudo em 25 habitações para conhecer e tirar conclusões sobre o estado atual das habitações, em relação à estanquidade ao ar, em Portugal.
Com os ensaios realizados e com os sistemas e equipamentos de ventilação das habitações caracterizados é possível concluir quais destes contribuem mais para a permeabilidade da envolvente.
Do trabalho experimental foi destacado a possibilidade de aumentar a estanquidade ao ar com pequenas alterações aos equipamentos de ventilação, onde, das 25 habitações sujeitas a ensaio apenas 20% apresentaram um valor, de RPH50, inferior a 5,0 (h-1 a 50 Pa).
PALAVRAS-CHAVE:
Estanquidade, Porta Ventiladora, Renovações Horárias a 50 Pa (RPH50), Pressurização /
ABSTRACT
The level of air tightness of a façade is directly related to indoor air quality, comfort and energy. These factors associated with changes in people’s lifestyles have led to an increasing concern about this issue. The evolution of ventilation systems, construction materials and processes have contributed to the increasing air tightness of buildings.
The pressurization/depressurization blower door test allows to assess this level of tightness of the dwelling’s façade components.
The standard used for the test was the EN 13829:2001, one of the test requirements is to obtain the values of the renovations per hour at 50 Pa (RPH50).
The main objective is to make a study of 25 dwellings to reach conclusions about the current state of dwellings, in relation to air tightness, in Portugal.
With the tests done and with the ventilation systems characterized is possible to conclude which of these contribute more to permeability of the façade.
From the experimental work was highlighted the possibility of increasing air tightness with minor changes to ventilation systems, where, from the 25 dwellings subject to testing only 20% had a value of RPH50 below 5,0 (h-1 at 50 Pa).
KEYWORDS:
Air Tightness, Blower Door, Renovations per hour at 50 Par (RPH50), Pressurization/Depressurization,
ÍNDICE GERAL AGRADECIMENTOS ... i RESUMO ... iii ABSTRACT ... v
1. INTRODUÇÃO
... 1 1.1.CONSIDERAÇÕES INICIAIS ... 1 1.2.OBJETIVOS DO TRABALHO ... 11.3.ORGANIZAÇÃO E ESTRUTURA DO TEXTO ... 2
2. ESTADO
DE
ARTE
... 32.1.ESTANQUIDADE AO AR ... 3
2.1.1. CONCEITOS GERAIS ... 3
2.1.2. MEDIDAS PARA AUMENTAR A ESTANQUIDADE AO AR ... 5
2.2.VENTILAÇÃO ... 6
2.2.1. CONCEITOS GERAIS ... 6
2.2.2. RELAÇÃO ENTRE SISTEMAS DE VENTILAÇÃO E ESTANQUIDADE AO AR ... 8
2.3.ENSAIO COM PORTA VENTILADORA ... 9
2.3.1. CONCEITOS GERAIS ... 9 2.3.2. NORMALIZAÇÃO ... 12 2.3.3. ANÁLISE DE RESULTADOS ... 15 2.3.4. PREPARAÇÃO DO ENSAIO... 20 2.3.5. PROCEDIMENTO DE ENSAIO ... 24 2.3.6. RELATÓRIO DE ENSAIO ... 26
2.4.AVALIAÇÃO DA ESTANQUIDADE EM DIFERENTES PAÍSES ... 27
2.4.1. ALEMANHA ... 27
2.4.2. REINO UNIDO ... 28
2.4.3. SUÉCIA ... 29
2.4.4. LIMITAÇÕES REGULAMENTARES PARA A ESTANQUIDADE AO AR ... 30
2.5.INVESTIGAÇÃO RELACIONADA ... 32
2.5.3.GRÉCIA ... 36
2.5.4.PORTUGAL ... 38
3. M
ETODOLOGIA DE ENSAIO
... 413.1.PROCEDIMENTO DE ENSAIO ... 41
3.1.1. MONTAGEM DO EQUIPAMENTO... 41
3.1.2. CHECKLIST PARA PREPARAÇÃO E SEGURANÇA DO LOCAL DE ENSAIO ... 45
3.1.3. ENSAIO DE PRESSURIZAÇÃO/DESPRESSURIZAÇÃO COM SOFTWARE FANTESTIC ... 46
3.1.4. ENSAIO DE PRESSURIZAÇÃO/DESPRESSURIZAÇÃO PELO MÉTODO MANUAL ... 49
3.1.5. DIFICULDADE ENCONTRADAS DURANTE A REALIZAÇÃO DOS ENSAIOS ... 51
4. D
ESCRIÇÃO DO CASO DE ESTUDO
... 534.1.DESCRIÇÃO GERAL ... 53
4.1.1. LOCALIZAÇÃO ... 53
4.1.2.CLIMA ... 54
4.1.3.DESCRIÇÃO GERAL DOS EDIFÍCIOS ... 55
4.1.4. VENTILAÇÃO ... 56
4.1.5.OBSERVAÇÕES ... 60
5. R
ESULTADOS E DISCUSSÃO
... 675.1.PROCEDIMENTO DE ANÁLISE ... 67
5.2.RESULTADOS ... 72
5.3.ANÁLISE DOS RESULTADOS ... 76
6. C
ONCLUSÕES
... 836.1.CONCLUSÕES PRINCIPAIS ... 83
6.2.DESENVOLVIMENTOS FUTUROS ... 84
B
IBLIOGRAFIA
... 87ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 - Principais percursos de passagem de ar. Adaptado de (SIG ENERGY MANAGEMENT). . 4
Figura 2.2 – Insatisfação em relação ao Caudal de ventilação. Adaptado de (VIEGAS). ... 7
Figura 2.3 – Insatisfação em relação à concentração de CO2. Adaptado de (VIEGAS)... 8
Figura 2.4 – Níveis de estanquidade em relação aos valores de RPH50. Adaptado de (CONCANNON)... 8
Figura 2.5 – Sistema da porta ventiladora. ... 9
Figura 2.6 - Principais componentes da porta ventiladora. a) Ventilador. b) Controlador de pressão. c) Controlador de velocidade. d) Sistema de montagem. ... 10
Figura 2.7 – Configuração de anéis da porta ventiladora Retrotec. ... 11
Figura 2.8 – Utilização de gerador de fumo. ... 11
Figura 2.9 – Diferenças de temperatura nas superfícies de uma habitação utilizando uma câmara termográfica. ... 12
Figura 2.10 – Valores do fator climático nos Estados Unidos da América. ... 17
Figura 2.11 – Dimensões de área da envolvente. ... 17
Figura 2.12 – Exemplo de gráfico bi-logarítmico obtido em ensaios de pressurização e despressurização. ... 19
Figura 2.13 – Valores de n50 no ano de 2000 na Alemanha. Adaptado de (PASSIVHAUSTAGUNG). 28 Figura 2.14 – Permeabilidade ao ar de 100 habitações de todos os tipos em Inglaterra e País de Gales (m3/h/m2 a 50Pa). Adaptado de (ANDERSONMECHANICAL). ... 29
Figura 2.15 – Valores de estanquidade ao ar em 100 habitações na Suécia em 2009. Adaptado de (WAHLGREN and SIKANDER). ... 29
Figura 2.16 – Medidas da estanquidade ao ar das habitações estudadas, por idade (n=28). Adaptado de (SINNOTT and DYER). ... 32
Figura 2.17 – Resumo das medições M1, M2, M3, M4 e M5. Adaptado de (FERNÁNDEZ-AGÜERA [et al.]). ... 35
Figura 2.18 – Correlação linear entre os valores de RPH50 e o fator de comprimento total da moldura. Adaptado de (SFAKIANAKI [et al.]). ... 37
Figura 2.19 – Correlação linear entre os valores de RPH50 e o fator de comprimento total da moldura para os três níveis de estanquidade. Adaptado de (SFAKIANAKI [et al.])... 38
Figura 2.20 – Valores de RPH50 para os apartamentos ensaiados. Adaptado de (PINTO [et al.]). ... 39
Figura 3.1 – Desempenho do ventilador. ... 41
Figura 3.2 – Componentes do sistema porta ventiladora. ... 42
Figura 3.3 – Unidades de medida suportadas pelo medidor digital. ... 42
Figura 3.4 – Colocação da caixilharia em alumínio e exemplo de colocação de fita adesiva. ... 43
Figura 3.5 – Colocação do tecido estanque na caixilharia de alumínio. ... 43
Figura 3.6 – Ventilador em posição de segurança e ventilador tapado, necessário para medir os diferenciais de pressão de fluxo nulo inicial e final. ... 44
Figura 3.7 – Conjunto de tubos para registo de pressões. ... 44
Figura 3.8 – Menu inicial do software FanTestic. ... 47
Figura 3.10 – Registo dos valores dos diferenciais de pressão de fluxo inicial e final. ... 48
Figura 3.11 – Resultados finais do ensaio. ... 49
Figura 3.12 – Medidor digital. ... 49
Figura 3.13 – Menu Setup do medidor digital. ... 50
Figura 3.14 – Erro “too low” no visor do medidor digital. ... 50
Figura 3.15 – Erro velocidade do ventilador a 100%. ... 51
Figura 4.1 – Planta dos edifícios sujeitos a ensaio. ... 53
Figura 4.2 – Fachada de um dos edifícios sujeitos a ensaio. ... 54
Figura 4.3 – Planta do edifício 12. ... 55
Figura 4.4 – Planta parcial do edifício 14. ... 56
Figura 4.5 – Planta parcial do edifício 15. ... 56
Figura 4.6 – Grelhas autorreguláveis. ... 57
Figura 4.7 – Pormenor das grelhas autorreguláveis. ... 57
Figura 4.8 – Ventilação mecânica nas casas de banho. ... 58
Figura 4.9 – Ventilação mecânica nas cozinhas. ... 58
Figura 4.10 – Ventilação natural nas lavandarias. ... 59
Figura 4.11 – Ventilador da casa de banho com membrana. ... 63
Figura 4.12 – Lavandaria com abertura. ... 63
Figura 4.13 – Abertura da lavandaria selada com a) fita adesiva e b) revestimento. ... 63
Figura 4.14 – Lavandaria com abertura totalmente preenchida com revestimento. ... 64
Figura 4.15 – Cozinha com abertura selada. ... 64
Figura 4.16 – Lavandaria normal e janelas com abertura parcialmente selada. ... 64
Figura 4.17 – Ventilação da casa de banho com grelha sem ventilador. ... 65
Figura 5.1 – Detalhes da habitação (ensaio 13). ... 67
Figura 5.2 – Valores de pressões e caudais gerados no relatório (ensaio 13). ... 68
Figura 5.3 – Gráfico com leituras da pressão induzida ao longo do ensaio (ensaio 13). ... 68
Figura 5.4 – Gráfico bi-logarítmico com valores do caudal em função da pressão induzida (ensaio 13). ... 69
Figura 5.5 – Resultados finais do ensaio de pressurização (ensaio 13). ... 69
Figura 5.6 – Detalhes da habitação (ensaio 15). ... 70
Figura 5.7 – Valores de pressões e caudais gerados no relatório (ensaio 15). ... 70
Figura 5.8 – Gráfico com leituras da pressão induzida ao longo do ensaio (ensaio 15). ... 71
Figura 5.9 – Gráfico bi-logarítmico com valores do caudal em função da pressão induzida (ensaio 15). ... 71
Figura 5.10 – Resultados finais do ensaio de pressurização (ensaio 15). ... 72
Figura 5.11 – Valores de RPH50 das 25 habitações sujeitas a ensaio. ... 75
Figura 5.12 – Valores de RPH50 do bloco 14. ... 77
Figura 5.14 – Valores de RPH50 dos blocos 12 e 15. ... 79
ÍNDICE DE QUADROS
Quadro 2.1 – Medidas para melhorar a estanquidade ao ar. Adaptado de (GREENSPEC). ... 5
Quadro 2.2 – Valores de caudais e respetivos anéis. ... 10
Quadro 2.3 – Valores de caudais a 50 Pa para diferentes configurações do modelo Retrotec. ... 11
Quadro 2.4 – Condições aceitáveis de testes, protocolos e requisitos de diferentes legislações aplicáveis ao ensaio de pressurização/despressurização. Adaptado de (RETROTEC). ... 14
Quadro 2.5 – Valores do fator de correção de altura. ... 16
Quadro 2.6 – Valores do fator de correção da proteção ao vento. ... 16
Quadro 2.7 – Valores do fator de correção do tamanho das fendas. ... 16
Quadro 2.8 – Tarefas a realizar para método A. Adaptado de (Sé). ... 21
Quadro 2.9 – Incertezas resultantes do ensaio variando o número de pontos de referência, tempo de referência e tempos médios para as pressões induzidas. Adaptado de (RETROTEC). ... 26
Quadro 2.10 – Valores limites de estanqueidade de habitações para diversos países. Adaptado de (RETROTEC). ... 30
Quadro 2.11 – Resumo dos protocolos M1, M2, M3, M4 e M5. Adaptado de (FERNÁNDEZ-AGÜERA [et al.]). ... 34
Quadro 2.12 – Taxa de infiltração (RPHav) e estanquidade ao ar (RPH50) das habitações. Adaptado de (SFAKIANAKI [et al.]). ... 36
Quadro 3.1 – Caudal máximo e mínimo obtidos com o ventilador em diversas unidades. ... 41
Quadro 3.2 – Checklist para preparação e segurança do local de ensaio. Adaptado de (Retrotec). .... 45
Quadro 4.1 – Média de temperatura, velocidade e direção do vento nos dias de ensaio. ... 54
Quadro 4.2 – Dimensões das habitações estudadas. ... 55
Quadro 4.3 – Localização, tipologia e observações das habitações sujeitas a ensaio. ... 60
Quadro 4.4 – Casos com diferentes alterações à solução inicial de ventilação e correspondente número de ensaio. ... 65
Quadro 5.1 – Valores dos ensaios de pressurização e despressurização nas 25 habitações. ... 72
Quadro 5.2 – Média e desvio padrão dos valores de RPH50 de pressurização. ... 80
SÍMBOLOS,ACRÓNIMOS E ABREVIATURAS
∆p - diferencial de pressão [Pa] ∆T - diferencial de temperatura [°C] ρe - massa volúmica do ar exterior [kg/m3]
ρi - massa volúmica do ar interior [kg/m3]
ρm - massa volúmica do ar a passar pelo ventilador durante o teste [kg/m3]
ρr - massa volúmica do ar registada durante a calibração do ventilador [kg/m3]
AE - área da envolvente [m2]
AF - área útil [m2]
Cenv - coeficiente de escoamento de ar [-]
CFM - caudal escoado volumétrico [ft3/min]
CL – coeficiente de infiltração de ar [m3/(h∙Pan)]
ELA - área de infiltração equivalente [m2]
n - expoente de escoamento [-]
q50 - razão entre caudal escoado e área da envolvente a 50 Pa [m3/h/m2]
RPH50 - renovações por hora a 50 Pa [h-1]
RPHext - renovações horárias extrapoladas [h-1]
RPHnat - renovações horárias a pressões normais [h-1]
V - volume interior da habitação [m3]
V̇ - caudal de ar infiltrado pela envolvente [m3/h]
V̇env - caudal de ar escoado pela envolvente [m3/h]
V̇m - caudal de ar infiltrado lido no sistema de medição [m3/h]
V̇r - caudal de ar infiltrado que flui através do ventilador do sistema de medição [m3/h]
w50 - razão entre caudal de ar escoado e área útil [m3/h/m2]
ASTM - American Society for Testing and Materials
ASHRAE - American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers ATTMA - Air Tightness Testing and Measurement Association
BER - Building Energy Rating
CGSB - Canadian General Standards Board EnEV - Energy Saving
LBL - Lawrence Berkley Laboratory
LEED - Leadership in Energy and Environmental Design USACE - United States Army Corps of Engineers
1
I
NTRODUÇÃO
1.1.CONSIDERAÇÕES INICIAIS
A estanquidade ao ar de um edifício é um dos critérios importantes a ter em consideração na exigência atual da qualidade do ar interior, conforto e dos problemas energéticos que lhe estão associados. Atualmente o modo de vida das pessoas não permite que a ventilação seja feita através da abertura de janelas da habitação. A constante melhoria dos materiais e processos construtivos, como por exemplo, a utilização de caixilharias de melhor qualidade, tem conduzido à diminuição da renovação de ar por hora o que leva ao aparecimento de algumas anomalias, tais como condensações, fungos ou bolores, que representam riscos para a saúde, degradação dos revestimentos, desconforto habitacional e deficiências no funcionamento nos aparelhos a gás.
O correto equilíbrio entre estanquidade, sistema de ventilação e isolamento térmico tem sido alvo de estudo para o surgimento de nova legislação onde são limitados os valores máximos e recomendados de RPH50.
Esta importância de se quantificar as trocas entre o interior e o exterior de um edifício, levou ao desenvolvimento e aperfeiçoamento de métodos experimentais para a quantificação de caudais de ventilação.
A utilização da porta ventiladora para ensaios de pressurização e despressurização permite caracterizar um edifício relativamente à sua estanquidade e à comparação desses valores, através de indicadores, com outros ensaios realizados em diferentes edifícios.
As dificuldades na aplicação da legislação atualmente em vigor levou à necessidade de realizar um estudo aprofundado sobre esta temática e à sua aplicação prática através de ensaios com porta ventiladora.
1.2.OBJETIVOS DO TRABALHO
A necessidade de conhecer a situação presente em Portugal a nível internacional e as medidas a adotar para melhorar a estanquidade ao ar. O ensaio com porta ventiladora permite avaliar o nível de estanquidade de determinado edifício ou habitação. O reduzido conhecimento sobre este ensaio a nível nacional criou a necessidade de aprofundar o conhecimento e a aplicação prática do mesmo.
Com isto em referência, os objetivos principais são:
Obter indicadores de diferentes países sobre níveis de estanquidade ao ar;
Aplicar o método experimental a 25 habitações sujeitas a ensaio;
Recolher e interpretar os resultados obtidos.
1.3.ORGANIZAÇÃO E ESTRUTURA DO TEXTO
A presente dissertação encontra-se dividida em cinco partes, conforme se resume:
O capítulo 2 encerra a pesquisa bibliográfica referente à estanquidade ao ar e medidas de melhoria, principais poluentes do ar interior e a relação dos sistemas de ventilação e os valores de estanquidade ao ar. Em relação ao ensaio com porta ventiladora é caracterizado os requisitos e a legislação internacional atualmente em vigor, onde se inclui a norma EN 13829:2001, métodos para preparar os ensaios e todos os procedimentos alusivos a esses ensaios e equipamento utilizado e ainda checklists úteis durante a realização dos testes. Por fim, é apresentado um conjunto de resultados de ensaios realizados em Portugal e noutros países e referências a procedimentos de ensaios e os seus resultados utilizados noutros países;
O capítulo 3 descreve detalhadamente, os componentes que constituem o sistema da porta ventiladora e é explicado o procedimento para a realização dos ensaios pelo método automático com o auxílio de um software e pelo método manual com a utilização do medidor digital. Nesta explicação estão expostas todas as tarefas deste e a introdução das variáveis que conduzem à obtenção dos resultados;
No capítulo 4 descreve-se o local do ensaio, condições climatéricas e habitações sujeitas ao estudo/teste, com a descrição geral da tipologia, dimensões, soluções construtivas e sistemas de ventilação que integram as habitações e é descrito as alterações às soluções de ventilação iniciais feitas pelos habitantes;
No capítulo 5 são apresentados os resultados das medições feitas nas 25 habitações localizadas no bairro do Lordelo. A partir destes resultados é são determinadas as renovações horárias em condições naturais e extrapoladas para 4Pa e é obtida a área de infiltração equivalente para cada ensaio. No final é feito um relatório onde se descreve a comparação entre blocos, entradas e habitações que foram sujeitas a ensaio com base nos resultados.
No capítulo 6 são resumidas as principais conclusões e recomendações com base no estudo realizado com a utilização da porta ventiladora.
2
E
STADO DE ARTE
2.1.ESTANQUIDADE AO AR 2.1.1. CONCEITOS GERAIS
A estanquidade da envolvente de um edifício representa a quantidade de infiltração de ar de um edifício em relação ao seu volume. A permeabilidade ao ar de um edifício é expressa em termos de infiltração de ar em metros cúbicos por hora por metro quadrado da área da envolvente do edifício, quando submetido a um diferencial de pressão de 50 Pa.
Esta infiltração de ar é definida como o fluxo, não desejado, de ar para dentro e fora do edifício, resultante do diferencial de pressão causado pelo vento, equipamentos de ventilação e pelo efeito chaminé.
A taxa de infiltração de ar através da envolvente do edifício é o volume de ar que passa através da envolvente por unidade de tempo. Esta taxa de fluxo, para um dado período de tempo, é usado para representar a estanquidade do edifício (FENNELL and HAEHNEL, 2005).
A situação atual de exigência de qualidade do ar bem como os problemas energéticos existentes nos edifícios fazem da estanquidade ao ar um critério importante a considerar não só em edifícios existentes mas também em edifícios em fase de projeto. As infiltrações de ar nos edifícios são responsáveis por cerca de 20% a 50%, dependendo da zona climática e das características da construção da envolvente, dos custos de energia de aquecimento e ar condicionado e também por problemas de conforto, humidade e saúde (FERNÁNDEZ-AGÜERA [et al.], 2011).
No entanto, edifícios com boa estanquidade ao ar, mas sem um sistema de ventilação, são tão maus como edifícios com infiltrações de ar, devido à elevada higrometria que pode apresentar (Green Building Advisor, 2013).
Para se alcançar uma boa estanquidade ao ar é necessário uma camada resistente ao ar contínua na envolvente de todo o edifício. Isso inclui o piso térreo, paredes exteriores e teto.
No entanto, a estanquidade ao ar não deve ser confundida com isolamento. Ambos são essenciais para um envolvente de qualidade e devem ser tratados de forma independente. Por exemplo, uma casa bem isolada com lã de vidro, não é estanque, pois o ar pode passar facilmente pelo isolamento. Por outro lado, uma casa estanque não é necessariamente bem isolada, com uma folha de alumínio pode-se alcançar uma estanquidade ao ar excelente, mas um isolamento irrelevante (Passivhaustagung, 2013). A importância de quantificar as trocas de ar entre espaços interiores do mesmo edifício, e entre o interior e o exterior do mesmo, levou ao desenvolvimento de métodos experimentais mais ou menos expeditos
para a quantificação destes caudais. Estes métodos experimentais são fundamentais pois, ao contrário dos métodos analíticos, permitem calcular os caudais de ar de um edifício englobando todos os fatores intervenientes, tais como, a geometria do edifício, intensidade e direção do vento, diferença de temperatura entre espaço interior e exterior, espaço envolvente do edifício e gradiente de temperatura no espaço interior (Engenharia Civil, 2013).
Também é importante conhecer os percursos pelos quais o ar pode circular. Estas passagens podem ser observadas na Figura 2.1.
Figura 2.1 - Principais percursos de passagem de ar. Adaptado de (SIG ENERGY MANAGEMENT).
É necessário conhecer a diferença entre estanquidade ao ar e infiltração ao ar. A estanquidade apresenta resultados sempre iguais, em diferentes alturas, já a infiltração tem os seus valores a variar dependendo de vários fatores incluindo:
Direção do vento;
Orientação do edifício;
Tipo de ventilação (mecânica ou natural);
Diferencial de temperatura interior/exterior;
Comportamento dos ocupantes.
2.1.2.MEDIDAS PARA AUMENTAR A ESTANQUIDADE AO AR
Paula Whalgren e Sikander (2010) referem algumas medidas para melhorar a estanquidade ao ar de um edifício.
Em primeiro lugar, no projeto da envolvente do edifício, é importante identificar a localização da barreira ao ar. Isto é importante especialmente quando se trata de conexões entre componentes. Em segundo, descrever as conexões e juntas. Detalhes incomuns ou difíceis devem ter uma atenção extra.
Uma terceira medida refere a conscientização sobre a importância das questões referentes à estanquidade durante a fase de construção é essencial. Informação, educação e formação sobre a permeabilidade de edifícios e métodos de ensaios é importante para se atingir este objetivo.
Uma quarta medida para melhorar a estanquidade é a realização de diagnósticos de fugas de ar, para medir a permeabilidade ao ar e para especificar o nível desejado de desempenho. Quando a investigação da infiltração de ar é realizada, continuamente, durante um projeto de construção, é adquirido conhecimento adicional e obtém-se melhorias na construção e nos métodos de trabalho (WAHLGREN and SIKANDER, 2010).
A equipa de especialistas da GreenSpec apresenta também algumas medidas para melhorar a estanquidade de uma habitação. No seu site pode-se consultar uma tabela com essas medidas, sendo algumas delas especificadas no Quadro 2.1 (Greenspec, 2013):
Quadro 2.1 – Medidas para melhorar a estanquidade ao ar. Adaptado de (GREENSPEC). A barreira de ar deve ser impermeável ao ar, contínua, durável e acessível. Barreiras de ar internas precisam ser estanques, as barreiras de ar exteriores precisam ser à prova de vento.
As barreiras de ar podem ser abertas a vapor, mas exigem especificações cuidadosas de construções adjacentes e materiais de isolamento.
Com o edifício estanque é essencial existir ventilação mecânica.
Ao instalar/reinstalar a moldura da janela/porta, certificar-se de que as aberturas de toda a moldura estão seladas. Quando as aberturas são grandes deve-se utilizar uma espuma flexível de expansão pré-comprimida. Não se deve utilizar adesivos de espuma para preencher os espaços.
Vedar juntas entre portas/janelas e a parede envolvente exteriormente. Interiormente, aplicar um material vedante entre janelas e portas
Vedar janelas e portas exteriores existentes. (Não vedar para cozinha e casas de banho a menos que exista ventilação para extrair o ar). Usar borracha sintética ou composto tubular elastomérico.
Vedar buracos em torno de tubagens que passam pela parede exterior, incluindo a água, drenagem, gás, condutas de caldeiras e cabos elétricos. Certiificar-.se que o material vedante em torno das caldeiras é resistente ao calor.
Vedar buracos em torno de acessórios de iluminação, devendo ser garantido que a instalação de luz é estanque.
Vedar lareiras e colocar um sistema de ventilação. Garantir que o material é termicamente isolante para reduzir perdas de calor excessivas.
Vedar juntas entre o teto e a parede exterior e entre o revestimento e o rodapé.
2.2.VENTILAÇÃO 2.2.1. CONCEITOS GERAIS
A preocupação com a ventilação de um edifício bem como a importância da qualidade do ar tem sido uma prática crescente ao longo dos anos uma vez que 80-90% da nossa vida é passada no interior. Para melhorar a eficiência energética, os edifícios são mais estanques o que favorece a acumulação de contaminantes gerados no interior quando a ventilação é insuficiente (PROENÇA and CANO, 2010). A qualidade do ar interior é afetada por substâncias resultantes da utilização dos espaços interiores dos edifícios. Dependendo das características e concentrações destas substâncias, o bem-estar dos ocupantes pode ser comprometido. Atividades que constituem fontes de poluentes são as seguintes (AMARAL, 2012):
Atividade fisiológica humana;
Uso do tabaco;
Combustão nos aparelhos a gás;
Preparação de alimentos;
Lavagem e secagem de loiça e roupa;
Utilização das instalações sanitárias.
Conforme referido, estes poluentes provocam sensação de mal-estar e até doença, em concentrações excessivas pode ser mesmo mortal.
Há algumas dezenas de anos a mulher, que permanecia em casa, permitia o arejamento através da abertura das janelas, algo que não acontece hoje, pois em muitas famílias ninguém fica em casa, estando as janelas permanentemente fechadas.
Desta falta de ventilação surgem problemas tais como, o aumento da frequência de condensações, conduzindo ao aparecimento de fungos ou bolores e deficiências de funcionamento nos aparelhos a gás (VIEGAS, 1995).
A qualidade do ar interior é dividida em categorias e a percentagem de insatisfação em relação ao caudal de ventilação ou concentração de CO2 pode ser analisada na Figura 2.2 e Figura 2.3.
Figura 2.3 – Insatisfação em relação à concentração de CO2. Adaptado de (VIEGAS).
2.2.2.RELAÇÃO ENTRE SISTEMAS DE VENTILAÇÃO E ESTANQUIDADE AO AR
A ventilação nas habitações apenas é eficaz caso a sua envolvente seja estanque. A ausência de estanquidade, para além dos desconfortos e problemas já referidos, causa uma ventilação que não é controlada. A relação entre o RPH50 e os níveis de estanquidade ao ar podem ser observados na Figura
2.4 (CONCANNON, 2002).
Um sistema equilibrado consiste num sistema independente de insuflação e extração em que, a capacidade do sistema de insuflação é normalmente 90 a 95% do sistema de extração para despressurizar a habitação. A acompanhar este sistema há, normalmente, um permutador de calor para recuperar calor da extração de ar que é usado para pré-aquecer o ar de insuflação. Esta recuperação de calor pode ir até uma eficácia de 70% embora a sua performance seja muito sensível à estanquidade do edifício (CONCANNON, 2002).
2.3.ENSAIO COM PORTA VENTILADORA 2.3.1.CONCEITOS GERAIS
A porta ventiladora é um mecanismo utilizado para pressurizar ou despressurizar um edifício com o objetivo de determinar a estanquidade da envolvente de um edifício e identificar as causas e locais de fuga de ar.
Foi utilizada pela primeira vez na Suécia em 1977 onde o ventilador era montado numa janela em vez de uma porta. Essa mesma tecnologia foi seguida por Caffey (1979), no Texas (igualmente utilizando uma janela) e por Harrje, Blomsterberg e Persily (1979) na Universidade de Princeton (na forma de porta ventiladora), Figura 2.5, para ajudar a encontrar e reparar fugas de ar.
Embora o ensaio com porta ventiladora possa ser utilizado para medir a permeabilidade ao ar, os dados do ensaio não podem ser geralmente utilizados para estimar caudais de ar em tempo real sob condições naturais ou estimar o comportamento de sistemas de ventilação complexos (SHERMAN and CHAN, 2004).
O equipamento utilizado para realizar o ensaio de pressurização (2.3.2), é constituído por quatro componentes principais, Figura 2.6:
Um ventilador de velocidade variável com a capacidade de induzir uma variedade de caudais de ar suficiente para pressurizar e despressurizar edifícios de diferentes volumes;
Um controlador de pressão, também designado por manómetro, para simultaneamente medir a pressão diferencial induzida em toda a face do ventilador e através da envolvente do edifício;
Um controlador de velocidade do ventilador e um sistema de montagem, semelhante a uma moldura, que deve ser instalado numa porta do edifício com ligação para o exterior, usualmente na porta principal.
Figura 2.6 - Principais componentes da porta ventiladora. a) Ventilador. b) Controlador de pressão. c) Controlador de velocidade. d) Sistema de montagem.
Um dos componentes da porta ventiladora são os anéis cuja classificação varia entre A a E. Os anéis A e B são capazes de medir caudais entre 300 a 6300 CFM (Cubic feet per minute) [141 a 2879 l/s, 510 a 10364 m3/h]. A escolha entre o anel A ou B depende do edifício ser pouco ou muito estanque
respetivamente. Os anéis C, D e E fazem medições até 11 CFM (5 l/s, 19 m3/h) (Minneapolis Blower
Door, 2013).
Quadro 2.2 – Valores de caudais e respetivos anéis.
Configuração do ventilador Intervalo de caudais em CFM
Aberto (sem anéis) 6300 – 2400
Anel A 3000 – 900
Anel B 1000 - 300
De notar que a configuração dos anéis e o intervalo de caudais pode variar entre diferentes fabricantes de portas ventiladoras como se pode observar na Figura 2.7. Para a porta ventiladora da Retrotec, por exemplo, usada na realização dos ensaios da presente dissertação, os valores são apresentados no Quadro 2.3.
A execução do ensaio pode servir para detetar zonas onde poderá estar a haver fuga de ar pela envolvente do edifício. Para o efeito normalmente utilizam-se imagens térmicas, anemometria térmica e/ou gerador de fumo. O gerador de fumo permite localizar pontos de fuga de ar, especialmente à volta de janelas e portas. Um exemplo da utilização desta máquina é, durante o ensaio, andar pela habitação com o gerador perto de zonas onde possa haver fugas de ar com o objetivo de observar se o fumo é arrastado pela circulação do ar.
Figura 2.8 – Utilização de gerador de fumo.
Quadro 2.3 – Valores de caudais a 50 Pa para diferentes configurações do modelo Retrotec.
Como se pode observar na Figura 2.8 o movimento do fumo, perto de uma saída de ar condicionado, indica que esta é uma zona onde ocorrem fugas de ar, prejudicando a estanquidade ao ar do edifício. Em relação às imagens térmicas, uma vez que o ar é transparente, analisa-se a diferença de temperaturas em determinada superfície causada pelo ar proveniente de frinchas ou buracos não desejados que diminuem a estanqueidade da habitação. Para uma melhor análise deste efeito é preferível uma visão lateral da superfície e pode-se colocar um objeto perpendicular à parede (por exemplo na zona de tomadas de eletricidade) para facilitar o visionamento deste efeito. Estas imagens devem ser capturadas durante a execução do ensaio de despressurização para identificar os locais exatos onde se está a perder energia. Na Figura 2.9 pode-se observar a variação de temperaturas em determinada superfície, indicando a existência de passagem de ar nessa zona.
Figura 2.9 – Diferenças de temperatura nas superfícies de uma habitação utilizando uma câmara termográfica.
2.3.2.NORMALIZAÇÃO
A norma de referência para realizar este ensaio é a EN 13829:2001, onde é descrito que o ensaio de pressurização pode ser usado para:
1- Medir a permeabilidade do ar de um edifício ou parte dele para que cumpra com as especificações de projeto e estanquidade;
2- Comparar a permeabilidade ao ar relativa de edifícios ou partes de edifícios similares; 3- Identificar as fontes de infiltração de ar;
4- Determinar a redução da fuga de ar resultante de medidas individuais de ajuste aplicadas no edifício ou parte de um edifício.
No entanto, este método não mede, diretamente, a taxa de renovação do ar, sendo necessário recorrer a uma estimativa analítica para efeitos de cálculo. A norma sugere que é melhor usar o método de pressurização para estabelecer um diagnóstico e o método de gás traçador para determinar diretamente a taxa de renovação de ar.
Este método consiste na pressurização ou despressurização mecânica de um edifício e na medição da permeabilidade ao ar com um certo diferencial de pressão (∆p). A partir da relação entre os valores de caudais de ar (V̇) e o diferencial de pressão é possível avaliar a permeabilidade da envolvente do edifício. Quer seja por extrapolação, interpolação ou por medições diretas, o princípio métrico usado para quantificar a estanqueidade ao ar é o caudal de ar através da envolvente, a uma pressão de referência específica. As pressões de referência mais comuns são 50 Pa e 4 Pa, mas 1 Pa, 10 Pa, 25 Pa e 75 Pa
também são utilizadas. O caudal de ar é geralmente indicado com a pressão de referência (por exemplo V̇50 ou V̇25).
O valor 75 Pa já foi sugerida como uma pressão de referência porque componentes da envolvente são, por vezes, testados a esta pressão. Na prática esta pressão é demasiado alta para usar porque alguns componentes podem alterar quando sujeitos a tanta pressão e porque o equipamento de pressurização é muitas vezes demasiado pequeno para conseguir atingir esta pressão diretamente.
O valor 50 Pa é a pressão mais comum para medir o caudal de ar. Este tem sido o valor tradicional desde que a utilização da porta ventiladora se tornou popular. É suficientemente baixa para se poder alcançar na maioria das habitações e elevada o suficiente para ser razoavelmente independente de influências meteorológicas. Quando são feitas medições num único ponto é utilizado quase sempre uma pressão de 50 Pa.
O valor 25 Pa é uma pressão de referência normalizada para medir fugas em condutas. Às vezes é usado como uma pressão de referência na envolvente por esse motivo. É também muitas vezes utilizada como uma alternativa em medições num único ponto quando o equipamento não consegue atingir os 50 Pa. O valor 10 Pa é utilizado como uma pressão de referência na definição utilizada no Canadá para a área de infiltração equivalente (A) ou ELA (Equivalent Leakage Area).
O valor 4 Pa é similarmente utilizada como a pressão de referência na ASTM (E779-99) na definição da área de infiltração equivalente e nas normas ASHRAE.
O valor 1 Pa é a mais baixa das pressões de referência utilizadas na literatura. A extrapolação dos dados de medição, que é normalmente registada a pressões muito mais elevadas, é mais incerta do que para qualquer outra pressão de referência (SHERMAN and CHAN, 2004).
Para além das regras e medidas a adotar durante a realização do ensaio de pressurização ou despressurização, referidas ao longo da dissertação, a norma EN 13829:2001 ainda especifica mais algumas a ter em consideração:
O equipamento de medição tem de ser capaz de medir diferenças de pressão, com uma precisão de ±2 Pa num intervalo de 0 Pa a 60 Pa;
O equipamento tem de ser capaz de medir o caudal de ar escoado dentro de 7% da leitura;
A norma ASTM (American Society for Testing and Materials), em relação ao ensaio de pressurização, estabelece que, apesar de ser opcional, o equipamento de medição da velocidade do vento deve ter uma precisão de ±0,25 m/s a uma velocidade de 2,5 m/s. As medições da velocidade do vento devem ser realizadas a uma distância afastada do edifício de 3 a 5 vezes a altura do edifício. Deve ser registado também a que altura do solo foi medida a velocidade do vento;
É boa prática medir pressões induzidas nos espaços adjacentes, como por exemplo o sótão e a cave ou apartamentos adjacentes, uma vez que o caudal de ar para dentro ou para fora destes espaços pode ter sido induzido através do método de ensaio;
Deve ser garantido que as perdas de pressão do interior e exterior não são influenciadas pelo movimento de ar provocado pelo equipamento;
Deve ser evitado que os tubos estejam expostos a grandes diferenças de temperatura (por exemplo, devido ao sol).
Diferentes legislações possuem diferentes exigências em relação aos ensaios de pressurização e despressurização e é importante conhecer quais as normas que se aplicam em diferentes países, bem
como, as exigências no resultados e no procedimento de ensaio. O Quadro 2.4 apresenta as normas em vigor atualmente em diversos países e as exigências em relação a estes ensaios.
Quadro 2.4 – Condições aceitáveis de testes, protocolos e requisitos de diferentes legislações aplicáveis ao ensaio de pressurização/despressurização. Adaptado de (RETROTEC).
Norma ASTM CGSB EN 13829 ATTMA USACE Estado de
Washington LEED
Aplica-se a Residências Residências Residências
Residências e grandes edifícios Grandes edifícios Grandes edifícios Apartamen-tos
Origem EUA Canadá Europa Reino Unido EUA Estado de WA América do Norte Condições aceitáveis 41 a 95 °F (5ªC a 35ºC) Vento < 5mph Vento < 20km/h Vento < 6m/s Altura * ∆T < 500m°C Vento < 6m/s Altura * ∆T < 250m°C Pressões estáticas <10% da pressão mínima do ensaio ou <30% quando o ensaio é realizado em ambas as direções Intervalo com 95% de confiança 41 a 95 °F (5ªC a 35ºC) Vento < 5mph Pontos base Médias de 10 segundos, antes e após as medições de caudais Antes de cada medição de teste Médias de 30 segundos, antes e após um ensaio Médias de 30 segundos, antes e após as medições de caudais Médias de 20 segundos, 12 pontos antes e após medições de caudais Médias de 10 segundos, antes e após as medições de caudais Médias de 10 segundos, antes e após as medições de caudais Intervalo de pressões induzidas 10 a 60 Pa 15 a 50 Pa 10 a 50 Pa 10 a 60 Pa 25 a 75 Pa 25 a 80 Pa 10 a 60 Pa Número de pontos 5 a 10 1, 2 ou 7 5 7 12 12 5 Direção de teste preferido Ambas
Despressuri-zação Ambas Ambas Ambas Ambas Ambas
Direção de teste aceitável Qualquer uma mas usualmente despressuri-zação Despressuri-zação Usualmente despressuri-zação Usualmente pressuriza-ção Ambas a menos que o edifício requeira mais de 125,000 Ambas Qualquer uma
Norma ASTM CGSB EN 13829 ATTMA USACE Estado de Washington LEED Resultados ELA a 4 Pa RPH50 CFM50 ELA a 10 Pa RPH50 q50 q50 q75 q75 ELA a 4 Pa Resultados exigidos (valores máximos)
Nenhum Nenhum Nenhum
2 a 10 (m3/h)/m2 (q50) 0,25 CFM75/ft2 (q75) 0,40 CFM75/ft2 (q75) 1,25 pol2/ft2 ELA a 4 Pa 2.3.3.ANÁLISE DE RESULTADOS
Como referido em 2.1.1 para calcular a taxa de infiltração pode-se utilizar o ensaio de pressurização e despressurização, com o auxílio de uma porta ventiladora. Podem-se realizar dois tipos de testes neste método, o método de um ponto, mais simples, é utilizado quando apenas se pretende quantificar a taxa de infiltração, e o método de dois pontos, quando para além da taxa de infiltração, se pretende estimar também o coeficiente e o expoente de fluxo de ar do edifício (SILVA, 2006).
Um dos objetivos da realização deste ensaio é obter indicadores, cujos valores máximos estão definidos para diferentes países e que são utilizado na comparação entre diferentes edifícios. Um dos indicadores é o RPH50 (h-1), a 50 Pa, que estabelece a razão entre o caudal infiltrado através da envolvente (m3∙h-1)
e o volume interior do espaço a ensaiar (m3), expressão (2.1). Os resultados deste parâmetro expressa a
quantidade de vezes que o volume da habitação renova durante uma hora a uma pressão constante de 50 Pa. Todas as seguintes expressões podem ser consultadas na norma EN 13829:2001.
𝑅𝑃𝐻
50=
𝑉̇50𝑉 (2.1)
Outros indicadores também podem ser utilizados para a comparação entre edifício, o q50 (m3/h/m2) que
estabelece a razão entre o caudal escoado, a 50 Pa, e a área da envolvente, expressão (2.2) e o w50
(m3/h/m2) que é a razão entre o caudal escoado, a 50 Pa e a área de pavimento (área útil), expressão
(2.3).
𝑞
50=
𝑉̇50𝐴𝐸 (2.2)
𝑤
50=
𝑉̇𝐴50𝐹 (2.3)
Para converter valores em m3/h/m2 para valores de RPH
50 (h-1) é necessário multiplicar pela área da
envolvente e dividir pelo volume interno da habitação.
É possível obter uma aproximação do valor de renovações do ar horárias, RPHnat (RPH natural) em
situações de pressão normais dividindo o valor de RPH50 por 201. A estimativa precisa das renovações
horárias não é possível pois dependem de outros fatores como as condições climáticas (existência ou não de vento), efeito chaminé, proteção do edifício ao vento e o comportamento dos ocupantes das habitações (JOKISALO, 2008).
O valor de estanquidade ao ar em m3/h/m2 a 50 Pa também pode ser aproximado ao valor de renovações de ar por hora em circunstâncias de pressão normal ao dividir o valor de q50 por 20, esta aproximação é
usada em países que utilizam este indicador como comparação, como por exemplo a Irlanda e o Reino Unido (SINNOTT and DYER, 2012).
O LBL (Lawrence Berkley Laboratory) desenvolveu um método, utilizado nos Estados Unidos da América, mais preciso para calcular as renovações horárias a partir de caudais de infiltração a 50 Pa que tem em conta alguns fatores, como por exemplo a altura da habitação, o vento e a proteção da fachada ao vento. Este método consiste em dividir o valor de RPH50 por um fator N calculado usando a expressão
(2.4) (SHERMAN, 1987).
𝑁 = 𝐶 ∙ 𝐻 ∙ 𝑆 ∙ 𝐿 (2.4)
Onde: C = Fator climático depende do vento e da temperatura de diferentes zonas climáticas, ver Figura 2.10;
H = Fator relacionado com a altura da habitação, Quadro 2.5;
S = Fator relacionado com a proteção da habitação ao vento, Quadro 2.6; L = Fator relacionado com fendas existentes na habitação, Quadro 2.7.
Quadro 2.5 – Valores do fator de correção de altura.
Número de pisos 1 1,5 2 3
Fator de correção de altura (H) 1,0 0,9 0,8 0,7
Habitações mais altas estão sujeitas a um efeito chaminé mais forte, o que aumenta a infiltração em comparação com habitações mais baixas.
Quadro 2.6 – Valores do fator de correção da proteção ao vento.
Proteção ao vento Proteção Alta Proteção Normal Exposta Fator de correção da proteção ao vento (S) 1,2 1,0 0,9
Quadro 2.7 – Valores do fator de correção do tamanho das fendas.
Tamanho das fendas Fendas Pequenas Fendas Normais Fendas Grandes Fator de correção do tamanho das fendas (L) 1,4 1,0 0,7
Embora possa ser difícil de estimar o tamanho das fendas existentes na habitação, pode-se assumir que habitações mais recentes têm fendas mais pequenas.
Figura 2.10 – Valores do fator climático nos Estados Unidos da América.
Existe ainda outro método mais preciso para o cálculo de RPHnat. Consiste em fazer uma extrapolação
com base nos valores obtidos nos ensaios de pressurização/despressurização. Com estes valores é possível obter um gráfico de caudais vs pressões, Figura 2.12. O valor do caudal em condições de pressão natural, a qualquer pressão, pode ser obtido usando a expressão (2.10). Também se pode utilizar a expressão (2.5) para obter o caudal à pressão desejada:
𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 à 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑗𝑎𝑑𝑎 = (𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 à 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎) ∙ (𝑃𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑗𝑎𝑑𝑎𝑃𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎)𝑛 (2.5)
A área da envolvente (AE) é a área total de todos os pisos, paredes e tetos que limitam o volume interior
sujeito ao teste, isso inclui paredes e o piso abaixo do nível do solo. Não devem ser retiradas as áreas na interseção das paredes interiores, pisos e tetos com paredes exteriores, pavimentos e tetos, Figura 2.11.
Onde: 1 – Exterior;
2 – Dimensão global; 3 – Interior.
A área útil (AF) é a área total de todos os elementos pertencentes ao volume interior e é calculada de
acordo com os regulamentos nacionais.
Após obter os resultados das medições do ensaio, geralmente, é necessário converter as leituras do sistema de medição do caudal de ar, V̇r, para o caudal atual que flui através do ventilador do sistema de
medição, V̇m, à pressão e temperatura do ar de acordo com as especificações dos fabricantes.
𝑉̇𝑚 = 𝑓(𝑉̇𝑟) (2.6) 𝑉̇𝑚 = 𝑉̇𝑟 𝜌𝑟
𝜌𝑚 (2.7)
Onde: ρr = Massa volúmica do ar registada durante a calibração do ventilador;
ρm = Massa volúmica do ar a passar pelo ventilador durante o teste, em kg/m3 (lb/ft3).
Depois é necessário corrigir estes valores para obter um caudal de ar escoado pela envolvente do edifício, tendo em conta a densidade do ar atual, tanto para o ensaio de pressurização como para o ensaio de despressurização. Para a pressurização utilizar a expressão (2.8) e para a despressurização a expressão (2.9).
𝑉̇𝑒𝑛𝑣 = 𝑉̇𝑚(𝜌𝜌𝑒
𝑖) (2.8)
𝑉̇𝑒𝑛𝑣= 𝑉̇𝑚(𝜌𝜌𝑖
𝑒) (2.9)
Onde: ρe = Massa volúmica do ar interior, em kg/m3 (lb/ft3);
ρi = Massa volúmica do ar exterior, em kg/m3 (lb/ft3).
Só então se pode correlacionar os valores de caudais (V̇env) com os valores dos diferenciais de pressão
(∆p), a representação gráfica num gráfico bi-logarítmico, Figura 2.12, reflete as características de permeabilidade ao ar da envolvente através do coeficiente C e expoente n.
𝑉̇𝑒𝑛𝑣 = 𝐶𝑒𝑛𝑣∙ (∆𝑝)𝑛 (2.10) Onde: V̇env = Caudal de ar escoado pela envolvente (m3∙s-1);
Cenv = Coeficiente de escoamento de ar (-);
∆p = Diferencial de pressão entre o espaço interior e exterior (Pa); n = Expoente de escoamento.
O expoente varia entre 0,5 e 1,0 correspondendo a escoamentos turbulentos (frinchas de pequenas dimensões) e escoamentos laminares (frinchas de grandes dimensões) respetivamente. Se os valores obtidos não estiverem dentro deste intervalo, então o teste é inválido e deve ser repetido.
A análise desta forma pode ser traduzida pela seguinte fórmula logarítmica: log 𝑉̇𝑒𝑛𝑣= 𝐶𝑒𝑛𝑣+ 𝑛
log
∆𝑝 (2.11)Figura 2.12 – Exemplo de gráfico bi-logarítmico obtido em ensaios de pressurização e despressurização.
Os valores de ∆p devem ser utilizados segundo a expressão (2.12), subtraindo a média das pressões, antes e depois das medições dos caudais, ao diferencial de pressão em determinado ponto.
∆𝑝 = ∆𝑝𝑚−∆𝑝0,1+∆𝑝0,2
2 (2.12)
O ensaio pode ser realizado com um diferencial de pressão entre 10 e 60 Pa, testes com valores perto do máximo, entre 40 e 60 Pa, geralmente produzem resultados mais precisos. A norma recomenda que os ensaios devem ser realizados com um diferencial de pressão de 50 Pa.
Para obter o coeficiente de infiltração de ar, CL [m3/(h∙Pan)], é necessário corrigir o coeficiente de
escoamento de ar, Cenv, para as condições standard [(20±1)°C e 1,013∙105 Pa] usando a expressão (2.13)
para pressurização e (2.14) para despressurização. 𝐶𝐿 = 𝐶𝑒𝑛𝑣
(
𝜌𝑖𝜌0
)
1−𝑛(2.13) Onde: ρi = Massa volúmica do ar interior, em kg/m3 (lb/ft3);
ρ0 = Massa volúmica do ar em condições standart, em kg/m3 (lb/ft3).
𝐶
𝐿= 𝐶
𝑒𝑛𝑣(
𝜌𝑒𝜌0
)
1−𝑛
(2.14) Onde: ρe = Massa volúmica do ar interior, em kg/m3 (lb/ft3);
ρ0 = Massa volúmica do ar em condições standart, em kg/m3 (lb/ft3).
Os valores da massa volúmica podem ser encontrados no Anexo B da norma EN 13829:2001 onde estão contidas as expressões apropriadas para a temperatura, pressão barométrica e a humidade relativa. Em geral o efeito da pressão barométrica é desprezável, no entanto se for considerada, deve-se usar a pressão barométrica não corrigida medida in situ ou a pressão barométrica de acordo com a altura acima do nível do mar. A humidade relativa pode ser ajustada para 0 (ar seco).
A massa volúmica do ar, ρ, a uma temperatura, θ, em °C, pressão barométrica, ρbar, em Pa, e uma
humidade relativa, φ, em %, pode ser calculada da seguinte maneira:
𝜌 =
𝑃𝑏𝑎𝑟 − 0,37802 𝑃𝑣287,055 (𝜃+273,15) (2.15)
Onde: pv é a pressão parcial de vapor de água no ar calculada usando a próxima expressão:
𝑝𝑣 = 𝜑 𝑝𝑣𝑠 (2.16)
Onde: pvs é a pressão de saturação de vapor no ar a uma temperatura, θ, obtido usando próxima
expressão (2.15):
𝑝𝑣𝑠 = exp {59,484085 − (6790,4985𝜃+273,15) 5,02502 ln(𝜃 + 273,15)} (2.17)
Após obtidos os valores do coeficiente de infiltração de ar (CL), pode-se calcular o caudal de infiltração
de ar (V̇L) com a expressão (2.18).
𝑉𝐿̇ = 𝐶𝐿(∆𝑝)𝑛 (2.18)
O caudal de infiltração de ar com um diferencial de pressão de referência, ∆pr, normalmente 50 Pa é
determinado usando a seguinte expressão (2.19). 𝑉̇∆𝑝𝑟 = 𝐶𝐿(∆𝑝𝑟)
𝑛
(2.19) Por exemplo:
𝑉̇50= 𝐶𝐿(50 𝑃𝑎)𝑛 (2.20)
De acordo com 6.3.1 da norma, o resultado final para o caudal de infiltração, corresponde à média dos caudais de infiltração determinados pelo teste de pressurização e despressurização, obtido da seguinte maneira:
𝑉̇50=
𝑉̇50,𝑑𝑒𝑠𝑝𝑟+𝑉̇50,𝑝𝑟𝑒𝑠
2 (2.21)
É útil interpretar os resultados obtidos para uma forma mais fácil de compreender, como por exemplo obter uma área de infiltração equivalente (A), em metros quadrados, ou ELA (Equivalente Leakage Area) e deve ser considerada como uma aproximação.
𝑉̇∆𝑝𝑟= 𝐶𝐿∙ 𝐴 ∙ ( 2∙∆𝑝𝑟 𝜌0 ) 𝑛 (2.22) 𝐴 =𝑉̇∆𝑝𝑟 𝐶𝐿 √ 𝜌0 2∙∆𝑝𝑟 (2.23)
Pode-se utilizar a expressão (2.24) como simplificação para o cálculo da área de infiltração equivalente, considerando V̇50 em m3/s, CL = 0,61 (para orifícios de contornos lisos), ρ0 = 1,2 kg/m3 (pressão
standard), n pode assumir um valor de 0,5 e pressão = 50 Pa: 𝐴 = 𝑉̇50
5.57 (2.24)
2.3.4. PREPARAÇÃO DO ENSAIO
Para a realização do ensaio de pressurização é possível escolher entre dois métodos de ensaio dependendo do objetivo. É necessário preparar o edifício de maneiras diferentes consoante o método a
Método A: Ensaio de um edifício em utilização, significa que é possível determinar a permeabilidade ao ar numa situação em que os sistemas de aquecimento e arrefecimento estão em normal utilização. Neste método todas as aberturas devem estar fechadas (janelas, portas, aberturas de ventilação ajustáveis). O objetivo deste método é então medir a taxa de ar que contribui para o fluxo de infiltração/exfiltração em condições reais, sendo este utilizado para medir a estanquidade do ponto de vista energético.
Método B: Ensaio da envolvente do edifício, é necessário fechar ou selar todas as aberturas para o exterior bem como desligar todos os equipamentos de ventilação mecânica e ar condicionado. Todos os elementos interiores devem estar abertos (exceto armários e outros semelhantes) para permitir uma pressão uniforme em todas as áreas em ensaio. Com este método é possível avaliar a qualidade da envolvente do edifício à permeabilidade do ar.
A norma EN 13829:2001 refere que equipamentos de ventilação mecânica ou sistemas de ar condicionado devem ser selados. Outras aberturas de ventilação (por exemplo aberturas para ventilação natural) devem ser fechadas para fins do método A e seladas para o método B.
Em relação a este assunto, Gavin Ó Sé, explica que o espirito do regulamento é que o edifício deve estar em condição o mais próximo possível para a sua utilização normal, exceto que qualquer ponto de vazamento que pode ser fechado deve ser fechado, e que o ar condicionado e as unidades de tratamento de ar devem ter a suas terminações seladas.
Na prática, os responsáveis pela realização dos ensaios, deparam-se com muitas situações que causam confusão entre estes, ou onde outros participantes do projeto (como o construtor) podem discordar com os operadores do ensaio e insistir em selar temporariamente itens que não deveriam ser selados para o ensaio, por exemplo, uma caixa de correio ou porta de fogão.
Gavin Ó Sé elaborou uma tabela (para o método A e para casas passivas), representada no Quadro 2.8, com base em tabelas similares do Passive House Institute para poder responder a estas dúvidas (SÉ, 2012).
Quadro 2.8 – Tarefas a realizar para método A. Adaptado de (Sé).
Categoria Item Deixar
aberto Selar
Desligar ou fechar
Comentários
Portas Porta para animais
(gato) X
Fechar se possível, ou então deixar como está
Portas
Porta para cave / corredor da cave / escada (não aquecido)
X Porta aberta se local aquecido, caso contrário fechar
Portas Portas exteriores X
Possivelmente trancada para prevenir entradas indesejadas durante o ensaio. Garantir saída de emergência
Categoria Item Deixar aberto Selar Desligar ou fechar Comentários Portas Portas / escotilhas para espaços não aquecidos da habitação (garagem, armazém)
X
Possivelmente trancada para prevenir entradas indesejadas durante o ensaio Portas Escotilhas para o espaço de armazenamento sob o telhado
X Fechar se possível, ou então deixar como está
Portas Portas interiores X Abertas, mas assegurar que não
fecham durante o ensaio
Portas Fechaduras nas
portas X
Sem ação. Pode-se deixar chave no sítio
Portas Caixas de correio X Deixar fechado
Portas Alçapão para sótão X Aberto se local for aquecido e habitável, caso contrario fechar
Portas Portas de
guarda-roupa e armários X Deixar fechado
Lareira Lareiras na área do
edifício aquecida X
Assegurar que o fogo está extinto, remover cinzas, fechar fornecimento de ar se possível Fogos Ventilação para o ar de combustão na zona da caldeira / armazenamento de combustível
X Fechar se possível, ou então deixar aberto Fogos Abertura de cavidade de uma chaminé no espaço do edifício aquecido
X Fechar se possível, ou então deixar aberto Fogos Salamandra / auxiliar de fogão – zona independente de ar X
Assegurar que o fogo está extinto, remover cinzas, portas/escotilhas fechadas Fogos Salamandra / auxiliar de fogão – zona dependente de ar X
Assegurar que o fogo está extinto, remover cinzas, fechar fornecimento de ar se possível
Mecânico Sistema de
Categoria Item Deixar aberto Selar Desligar ou fechar Comentários
Mecânico Exaustor da cozinha X Parado
Mecânico Secador de roupa na zona quente da habitação com exaustão para o exterior
X Fechar se possível, ou então deixar como está
Espaços
Condutas vazias para zonas não aquecidas da habitação (por exemplo, para posterior montagem de sistemas solares)
X Deixar como está
Espaços
Calha da lavandaria para zona não aquecida da habitação
X Fechar se possível, ou então deixar como está
Espaços Tetos falsos Deixar como está
Espaços Ralos de saída de
águas pias X
Fechar usando o dispositivo de fecho presente na abertura, não selar
Ventilação
Saídas das condutas de ventilação para zonas aquecidas do edifício
X
Selar a entrada e saída para o exterior. No entanto, por vezes, a selagem zona a zona é uma opção viável caso a entrada/saída da unidade não seja acessível. Uma nota no relatório de ensaio é necessária sobre a forma como a selagem do sistema de ventilação foi feita. Ventilação Permutador de calor terra-ar (fornecimento de ar ao sistema de ventilação)
X Fechar, sem ação
Ventilação
Aberturas de ar fresco (para extração mecânica de ar)
X Fechar, sem ação
Ventilação Fornecimento/saídas
Categoria Item Deixar aberto Selar Desligar ou fechar Comentários Janelas Ventilador em janelas/claraboias X
Fechar se possível, ou então deixar como está
Janelas Falta manivela de
janela X Selar, referir no relatório de ensaio
Janelas Janelas em zonas
não aquecidas X Fechar
Para obter resultados do ensaio satisfatórios é necessário ter em consideração as condições meteorológicas na altura da realização do ensaio. Como sugere a norma, se a diferença de temperatura do ar entre o exterior e o interior (∆T), multiplicada pela altura da envolvente do edifício (m), for superior a 500∙m∙∆T, então é provável que a diferença de pressão seja insatisfatória, isto significa que as condições do ensaio não se sobrepõem às ambientais. O mesmo acontece se se registarem ventos com velocidades superiores a 6 m/s ou se alcançar 3 na escala de Beaufort2 (escala que pode ser consultada no Anexo D da norma EN 13829:2001).
2.3.5.PROCEDIMENTO DE ENSAIO
Depois de o edifício estar devidamente preparado pode-se dar início ao ensaio, devendo ser garantido que todas as portas e janelas exteriores permanecem fechadas durante a realização do ensaio. Quando o ensaio é realizado em apartamentos, casas germinadas ou habitações que se encontram diretamente adjacentes a outras propriedades, as portas e/ou janelas devem estar abertas em todas as habitações adjacentes (acima, abaixo e em ambos os lados) bem como no corredor de acesso. O objetivo é garantir que a pressão se iguala entre habitações adjacentes e no exterior do edifício. Caso seja impossível aceder a tais habitações, no caso de estarem ocupadas por exemplo, deve ser referido no relatório (MILOVANOVIC [et al.]). O diferencial de pressão no interior e exterior é normalmente medido no piso inferior da envolvente do edifício, no caso de edifícios muito altos é boa prática medir este diferencial de pressões também no piso superior da envolvente do edifício. Deve-se assegurar que as quedas de pressão no interior e exterior não são influenciadas pelo movimento de ar provocadas pelo equipamento. Antes de começar o ensaio é necessário estabelecer uma pressão base e calibrar o medidor da porta ventiladora, para uma pressão com fluxo nulo, para ajustar as diferenças de pressão, na envolvente, provocadas pelo vento e efeito chaminé, isto deve ser feito com o ventilador da porta selado e desligado. Durantes esta fase as leituras do diferencial de pressão de fluxo nulo, ou pressão estática, devem ser registadas:
∆P0,1+ Média dos valores positivos registados ao longo de, no mínimo, 30 segundos;
∆P0,1- Média dos valores negativos registados ao longo de, no mínimo, 30 segundos;
∆P0,1 Média de todos os valores registados ao longo de, no mínimo, 30 segundos.
Caso qualquer um destes valores exceder ±5 Pa significa que as condições de ensaio não são adequadas e desta maneira o teste não deve ser realizado.
O mesmo processo dever ser repetido no final do ensaio (para obter valores de ∆P0,2+ , ∆P0,2- e ∆P0,2), de
forma semelhante, se as leituras excederem ±5 Pa o teste deverá ser declarado como inválido e registado no relatório de ensaio.
Como referido, a velocidade do vento e a temperatura poderão ser a causa das pressões estáticas excessivas sendo aconselhado esperar por condições meteorológicas mais adequadas. Também deve ser verificado se os sistemas de ventilação mecânica estão devidamente isolados para não serem a causa de tais valores (MILOVANOVIC [et al.]).
Nesta altura os anéis a cobrir o equipamento de movimento do ar devem ser removidos e dar-se o início ao ensaio de pressurização ou despressurização onde serão obtidas uma serie de medições de caudais de ar escoado e os diferenciais de pressão, interior e exterior, correspondentes.
O diferencial de pressão mínimo medido e corrigido deve ser superior a 10 Pa ou cinco vezes o valor do diferencial de pressão de fluxo nulo medido antes do ensaio (o maior de ∆P0,1+ , ∆P0,1-). O diferencial de pressão com valor superior deve ser maior do que 50 Pa3, no caso de isso não se verificar o ensaio
não é válido e deve ser registado no relatório final com a razão de tal ter sucedido. É necessário ter cuidado para a habitação não fique demasiado pressurizada (>100 Pa) pois pode representar um risco para os acabamentos internos.
Para cada ensaio devem ser medidas no mínimo cinco pressões entre os diferenciais de pressão mínimos e máximos com intervalos não superiores a 10 Pa. É recomendado que, sempre que possível, sejam feitos 8 a 10 registos de diferenças de pressão.
Assim que o diferencial de pressão (∆p) e o caudal (V̇) forem obtidos, devem ser registados.
Finalmente, deve ser confirmado que as condições da habitação permaneceram estáveis durante o teste e que, as aberturas previamente seladas permaneceram nessa condição e as portas e janelas não foram abertas devido à pressão induzida.
A realização de vários pontos de referência (pontos base) permite reduzir a incerteza dos resultados obtidos durante o ensaio. O Quadro 2.9 mostra testes com incertezas aproximadas que podem resultar da aplicação de um número diferente de pontos de referência, tempo de referência e tempo médio ao registar pressões induzidas. Por exemplo, a repetição do teste utilizando o mesmo sistema ventilador reduz a incerteza em 5% em cada caso. O Quadro 2.9 assume que existem erros durante o ensaio com diferentes ventiladores, manómetros e condições de ensaio.
3 No caso de edifícios com grandes volumes (aproximadamente 4000 m3) por vezes não é possível atingir um
diferencial de pressão de 50 Pa. Nestes casos, ou se adiciona mais equipamentos de movimento de ar (para aumentar a capacidade total) e/ou o ensaio é realizado com o maior diferencial de pressão que é possível obter com o equipamento disponível. Em ambos os casos o teste não é válido caso não se consiga atingir um diferencial de, no mínimo, 25 Pa. Se o diferencial de pressão se situar entre 25 e 50 Pa, deve ser claramente registado no
![Figura 2.17 – Resumo das medições M1, M2, M3, M4 e M5. Adaptado de (FERNÁNDEZ-AGÜERA [et al.])](https://thumb-eu.123doks.com/thumbv2/123dok_br/19210035.957875/55.892.149.798.312.631/figura-resumo-das-medições-m-adaptado-fernández-agüera.webp)
